鋰離子電池是為從消費(fèi)電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車(chē)等各種產(chǎn)品提供電力的基礎(chǔ)構(gòu)件。鋰離子電池往往不是獨(dú)立的部件。它們以串聯(lián)和并聯(lián)的方式連接在一起，形成一個(gè)稱(chēng)為電池組的最終組件。但對(duì)于每個(gè)電池組來(lái)說(shuō)，所選擇的電芯是來(lái)決定整個(gè)電池的壽命和性能的。電池的性能特點(diǎn)決定了最終電池組的尺寸、重量、電壓、電流、功率和環(huán)境能力。

鋰離子電池有三種基本形狀：圓柱形、棱柱形（或磚形）和鋰聚合物電池的扁平矩形。金屬包覆圓柱形電池的標(biāo)準(zhǔn)格式是18650（直徑18毫米×高65毫米）、21700（21×70毫米）或26650（26×65毫米）。在圓柱形和棱柱形電池內(nèi)，電池材料層像果凍卷一樣卷在里面。鋰離子圓柱形和棱柱形電池被包裝在金屬罐中。

棱柱形或磚頭形電池通常具有成本效益，并有無(wú)數(shù)種尺寸可供選擇。棱柱形電池的主要特征之一是金屬罐頂部帶有終端的壓力通風(fēng)口。棱柱形電池的正負(fù)極是突出于電池的凸臺(tái)。在空間受限的多節(jié)電池組中，建議使用棱柱形電池，因?yàn)槠渚匦蔚男螤钍闺姵刂g的空氣間隙最小。

鋰聚合物電池，有時(shí)也被稱(chēng)為"層壓"電池，可按客戶(hù)要求定制。根據(jù)所需格式，它們可以很薄或很笨重。鋰聚合物電池的主要優(yōu)勢(shì)是有廣泛的外形尺寸可供選擇。這些類(lèi)型的電池被封裝在不靈活的鋁箔層壓袋中，厚度僅為0.1毫米，而用于封裝圓柱形或棱柱形電池的鋁罐或鋼罐的厚度為0.25至0.40毫米。與圓柱形電池不同的是，鋰聚合物電池類(lèi)別中沒(méi)有太多標(biāo)準(zhǔn)尺寸。這就導(dǎo)致了一系列電池產(chǎn)品的出現(xiàn)。

鋰聚合物電池是智能手機(jī)和其他便攜式設(shè)備主要制造商的首選，因?yàn)樗鼈兲峁└`活的尺寸。在過(guò)去的十年中，許多個(gè)人電腦已經(jīng)從圓柱形電池轉(zhuǎn)向鋰聚合物電池，為更薄、更輕的筆記本電腦和平板電腦打開(kāi)了大門(mén)。

電池化學(xué)趨勢(shì)

對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，其基礎(chǔ)化學(xué)成分決定了電池的性能特點(diǎn)。在過(guò)去的十年里，已經(jīng)有很多電池化學(xué)成分被引入，并且每一種化學(xué)成分都出現(xiàn)了明顯的趨勢(shì)。最常見(jiàn)的電池化學(xué)成分是氧化鈷鋰(LCO)、氧化鎳鈷鋁鋰(NCA)、氧化鎳錳鈷鋰(NMC)和磷酸鐵鋰(LFP)。

十年前，LCO是圓柱形和棱柱形電池最常見(jiàn)的化學(xué)成分。然而，NMC以所有電池化學(xué)材料中最好的性能特點(diǎn)一躍而起。它也更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗褂幂^少的鈷，而鈷的供應(yīng)量有限且價(jià)格昂貴。

鎳和錳相互增強(qiáng)了對(duì)方的特性，基本配方的變化導(dǎo)致了更先進(jìn)、更高功率的電池。行業(yè)分析師估計(jì)，到2025年，NMC將占到市場(chǎng)上所有鋰離子電池電芯的20%。此外，NMC是電動(dòng)汽車(chē)（EV）制造商的首選。領(lǐng)先的NMC電池制造商包括比亞迪、LG、村田、松下/三洋和三星。

LFP化學(xué)也具有良好的電化學(xué)性能和低阻抗，因?yàn)樗褂昧姿猁}材料作為陰極。主要優(yōu)勢(shì)是高電流輸送和優(yōu)異的循環(huán)壽命，良好的熱穩(wěn)定性，以及對(duì)惡劣條件的優(yōu)越安全性。這類(lèi)電池的陰極材料比NMC電池有本質(zhì)上的安全性，在較高溫度下不會(huì)分解。鋰離子電池往往含有高度易燃物質(zhì)，如果損壞或過(guò)度充電，它們可能會(huì)在熱失控中不受控制地過(guò)熱。過(guò)熱可能導(dǎo)致冒煙、起火，甚至爆炸。

LFP電池具有最佳的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，由于LFP比LCO、NCA、NMC或LFP電池具有更低的能量密度(體積和重量)和更高的每瓦時(shí)成本，因此它是需要高額定功率、長(zhǎng)循環(huán)壽命或升高工作溫度的應(yīng)用的理想選擇。傳統(tǒng)上，LCO/NCA/NMC和LFP在其具體應(yīng)用中幾乎沒(méi)有重疊。領(lǐng)先的LFP電池制造商包括BAK、比亞迪、CALB和CATL。

由于額定功率的增加、高能量密度和較低的每瓦時(shí)成本，NMC電池單元在某些應(yīng)用中正在取代LFP電池。它們也開(kāi)始在大功率系統(tǒng)中取代LFP電池，如電動(dòng)工具、材料處理設(shè)備的電池和電動(dòng)巴士的動(dòng)力系統(tǒng)。

對(duì)于每種電池化學(xué)成分，隨著電池制造商將其產(chǎn)品推向高能量或高功率市場(chǎng)，每個(gè)類(lèi)別中都存在細(xì)分。我們開(kāi)始看到高功率NMC和高能量LFP電池之間有更多的重疊。在許多情況下，對(duì)于特定的性能要求，不再有明顯的優(yōu)越電池化學(xué)成分。

綠立方科技為許多工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)電池組，該公司一般使用NMC或LFP電池。NMC和LFP之間的性能差距正在縮小。

電池格式趨勢(shì)

來(lái)回顧一下。裝在金屬外殼中的鋰離子電池有兩種形狀--圓柱形和棱柱形。

圓柱形電池有很多格式，但傳統(tǒng)上，LCO、NCA和NMC電池單元最受歡迎的格式是18650。而當(dāng)松下與特斯拉合作開(kāi)發(fā)新的電動(dòng)汽車(chē)電池時(shí)，他們開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的21700電池格式。

將18650電池尺寸擴(kuò)大了幾毫米（圖1），使電池活性材料的體積增加了50%。目前，大多數(shù)領(lǐng)先的NMC電池制造商都支持這種電池尺寸。因此，18650和21700是兩種最常見(jiàn)的NMC化學(xué)格式。如果您選擇18650或21700電池來(lái)構(gòu)建NMC電池組，鑒于標(biāo)準(zhǔn)化，找到性能相似的替代電池是有保障的。

1.圖示比較了18650和21700電池片的尺寸。

根據(jù)行業(yè)分析師的數(shù)據(jù)，2020年基于21700格式的電池出貨量超過(guò)20億片，比上一年增加了25%。其他估計(jì)顯示，這些類(lèi)型的電池也占2020年所有圓柱形電池出貨量的24%。26650電池并不常見(jiàn)與NMC化學(xué)成分搭配。近年來(lái)，隨著鋰聚合物電池的日益普及，較小的棱柱形NMC格式（例如103450（10×34×50mm））已不受歡迎。

對(duì)于LFP電池來(lái)說(shuō)，18650和26650格式很常見(jiàn)；這兩種格式往往由領(lǐng)先的LFP電池制造商提供（圖2）。這使得在為電池組選擇LFP電池時(shí)，可以從相互競(jìng)爭(zhēng)的電池制造商處進(jìn)行雙重采購(gòu)。26650格式在很大程度上被限制在LFP電池化學(xué)成分上。在過(guò)去的幾年里，50-100-Ah范圍內(nèi)的大型棱柱形LFP電池已經(jīng)崛起。

2.典型的18650NMC和LFP電池的性能特點(diǎn)。

較大的LFP棱柱形格式通常用于電動(dòng)汽車(chē)或工業(yè)設(shè)備，如叉車(chē)（圖3）。這些電池被歸類(lèi)為中型或大型格式，并要求非常高的額定功率。遺憾的是，大格式棱柱形LFP電池的標(biāo)準(zhǔn)很少，因此任何電池組選擇的電池片都將從特定的制造商處單一采購(gòu)。

3.這款中規(guī)中矩的叉車(chē)電池是基于100-AhLFP電池的。

總結(jié)

在開(kāi)發(fā)使用鋰離子電池供電的移動(dòng)或便攜式設(shè)備時(shí)，必須牢記市場(chǎng)上的各種電池格式和化學(xué)成分。電池片的選擇不僅是電池組，也是終端設(shè)備早期設(shè)計(jì)階段最關(guān)鍵的決定。選擇具有市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭的鋰離子格式和化學(xué)成分，有助于保證電池的長(zhǎng)生命周期，并為整個(gè)電池壽命中的性能和成本改進(jìn)提供路線圖。